Устройство для наблюдения броуновского движения

 

Назначение: изобретение относится к приборам и моделям для изучения физики и может быть использовано в учебном эксперименте средних школ и ВУЗов. Цель изобретения ,- расширение дидактических возможностей, повышение убедительности и наглядности опытов по изучению броуновского движения путем регулирования параметров явления в ходе эксперимента. Сущность изобретения: устройство состоит из пластмассового корпуса, катушек Гельмгольца, подвижной пластмассовой вставки с плоскопараллельной кюветой; гнезд, расположенных на наружной стенке вставки. Введение в устройство катушек Гельмгольца и .использование магнитной жидкости позволит обеспечить наглядность зависимости броуновского движения от размеров частиц . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)я G 09 В 23/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4827191/12 (22) 21.05.90 (46) 23.02.93. Бюл, N 7 (71) Ставропольский государственный педагогический институт (72) Т,В,Скроботова и Н,Ф,Хорошко (56) Иверонова В,И, Лекционные демонстрации по физике. — М.: Наука, 1972, с.246. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ

БРОУНОВСКОГО ДВИЖЕНИЯ (57) Назначение: изобретение относится к приборам и моделям для изучения физики и может быть использовано в учебном.эксперименте средних школ и ВУЗов. Цель иэоИзобретение относится к приборам и моделям для изучения физики и может быть использовано в учебном эксперименте средних школ и ВУЗов.

Традиционно для наблюдения броуновского движения используют прозрачную плоскую кювету, образованную предметным и покровным стеклами микроскопа, заполненную эмульсией или золем, частицы дисперсной фазы, в которых и являются броуновскими, наблюдаемыми в микроскоп.

Известно устройство для наблюдения броуновских частиц золя гумигута в воде, состоящее иэ предметного и покровного стекол микроскопа, края которых залиты парафином для предотвращения высыхания препарата.

Изучение явления броуновского движе. ния с применением этого устройства ограничено возможностью только наблюдения

ЯЛ„„1797142 А1 бретения — расширение дидактических возможностей, повышение убедительности и наглядности опытов по изучению броуновского движения путем регулирования параметров явления в ходе эксперимента, Сущность изобретения: устройство состоит иэ пластмассового корпуса, катушек Гельмгольца, подвижной пластмассовой вставки с плоскопараллельной кюветой; гнезд. расположенных на наружной стенке вставки. Введение в устройство катушек Гельмгольца и использование магнитной жидкости позволит обеспечить наглядность зависимости броуновского движения от размеров частиц. 2 ил, движения броуновских частиц пор действием теплового движения молекул. При этом часто учащиеся ввиду того, что движение молекул не видимо в оптический микроскоп склонны объяснять движение броуновских частиц другими причинами, Известное уст. ройство не позволяет в ходе эксперимента изменять размеры частиц и убедительно доказать зависимость интенсивности броуновского движения от размеров частиц.

Известное устройство не позволяет демонстрировать учащимся зависимость кинетической энергии молекул от температуры.

Указанные недостатки ограничивают дидактические возможности эксперимента, снижающего убедительность и наглядность, что отрицательно сказывается на эффективности восприятия учащимися одного изосновных положений молекулярно-кинетической теории, 1797142

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей, повышение убедительности и наглядности опытов по изучению броуновского движения путем регулирования параметров явления в ходе .эксперимента, Указанная цель достигается тем, что в известное устройство состоящее иэ двух плоскопараллельных прозрачных плоскостей, образующих кювету. согласно предлагаемому изобретению вводится устройство для создания магнитного поля (катушки

Гельмгольца) и нагреватель.

10

Указанная цель достигается тем, что ного взаимодействия намагничивающихся броуновских частиц, наблюдение диффузии частиц.

На фиг.1 и 2 представлено устройство в двух проекциях.

Устройство состоит из пластмассового корпуса 1, в торцах которого расположены катушки Гельмгольца 2, создающие в цент35 ре однородное магнитное поле, подвижной пластмассовой вставки с плоскопаралпельной кюветой 4, гнезд 5. расположенных на наружной стенке вставки 4 и предназначенных для включения электродвигателя 9 в цепь питания, между гнездами 5 находится 40 ручка 6 для перемещения подвижной вставки. В корпусе устройства вдоль оси перпендикулярной оси катушек Гельмгольца 2 имеются отверстия 7 и 8. Отверстие 7 предназначено для свободного перемещения 45 объектива микроскопа в области верхней плоскости кюветы 4, отверстие 8 — для осве- щения препарата. Гнезда 10 предназначены для включения катушек Гельмгольца в

50 цепь источника тока. Одна из модификаций устройства представлена на рис.3.

Устройство работает следующим образом.

Устройство располагают на горизонтальном предметном столике микроскопа так, чтобы оптическая ось его проходила через центр отверстия 7, Выдвинув подвижную вставку 3, заполняют кювету 4 эмульсией магнитной жидкости. Гнезда 5 и 10 устройства подключают гибкими проводниками к вместо эмульсии краски ипи гумигута вво- 15 дится эмульсия магнитной жидкости в воде.

Эти новые признаки обеспечивают возможность регулирования магнитным полем размеров броуновских частиц в ходе эксперимента, благодаря чему становится 20 наглядной зависимость интенсивности броуновского движения от размеров частиц(наблюдение распада агрегатов частиц в магнитном поле при нагревании препарата, когда кинетическая энергия молекул воды 25 становится больше энергии диполь-дипольвыходу источников постоянного тока типа

В- 4-12 или ИПД (Питание катушек Гельмгольца и нагревателя автономны). Через отверстия 8 освещают кювету с препаратом.

Освещение может быть осуществлено как отраженным светом, так и прямым от осветителя.

Пример 1. Наблюдение броуновского движения капель магнитной жидкости при комнатной температуре, Настраивают микроскоп на четкое изображение капель магнитной жидкости в проходящем свете, Наблюдают интенсивное броуновское движение капель.

Пример 2. Наблюдение зависимости интенсивности броуновского движения от размеров частиц.

Через катушки Гельмгольца пропускают ток и, увеличивая его до 10-20 Ма, создают в области нахождения препарата однородное магнитное поле 5-10 Э, под действием ко горого капли магнитной жидкости объединяются в 2-4-частичные агрегаты. В попе зрения микроскопа видны малые (однокапельные) и большие (многокапельные) броуновские частицы. Интенсивность движения последних значительно уменьшена. Увеличивая ток в катушках, на-. блюдают дальнейшее укрупнение броунов- ских частиц и ослабление их колебаний, 8 поле порядка 40 — б0 Э все частицы агрегированы. броуновское движение отсутствует, Цепочныв агрегаты занимают все поле зре- . ния. Включив источник тока, учащиеся наблюдают распад агрегатов под действием теплового движения молекул, Пример 3. Наблюдение зависимости броуновского движения от температуры, Зависимость интенсивности броуновского движения от температуры наблюдают по распаду 2-4-частичных агрегатов при нагревании препарата. Для создания 2-4-частичных агрегатов пропускают ток через катушки Гельмгольца. Затем включают нагреватель и набпюдают, как при нагревании происходит расйад агрегатов под действием ударов молекул, кинетическая энергия, движения которых возрастают. При комнатной температуре тепловая энергия движения молекул меньше энергии магнитного взаимодействия магнитных диполей. При нагревании препарата тепловая энергия движения молекул возрастает, а при превышении ею энергии диполь-дипольного притяжения капель агрегат распадается. Если отключить нагреватель, то при охлаждении препарата постепенно под действием магнитного поля частицы вновь станут объединяться, образуя агрегаты. Температура распада 2-4-частичных агрегатов 30-40 С.

1797142

Пример 4,, Наблюдение диффузии капель магнитной жидкости, Для наблюдения капель магнитной жидкости в окуляр микроскопа помещают окулярную сетку, делящую поле зрения на 5 квадраты. Заметить перемещение постоянно движущихся капель довольно трудно, поэтому вначале наблюдения включают ток в катушках, агрегируют все капли, в результате чего образуются крупные образования, 10 не участвующие s броуновском движении.

Замечают расположение одного из агрега-. тов в определенном квадрате поля зрения, Формула изобретения

Устройство для наблюдения броуновского движения; состоящее из двух плоскопараллельных прозрачных плоскостей, образующих кювету, заполненную исследуемой жидкостью, о т л и ч а ю щ е е с я тем, . что, с целью расширения дидактических выключают ток и наблюдают разбегание kaпель магнитной жидкости по всем направлениям, Через некоторое время распределение броуновских частиц в поле зрения становится изотропным, что является подтверждением равноаероятностного перемещения частиц под действием теплового движения молекул.

Использование устройства позволит обеспечить наглядное наблюдение зависимости интенсивности броуновского движения от размеров частиц и температуры, возможностей, повышения убедительности и наглядности опытов по изучению броуновского движения путем регулирования параметров явления в ходе эксперимейта, устройство содержит катушки Гельмгольца, нагреватель, а в качестве исследуемой жидкости — эмульсию магнитной жидкости в воде.

1797142

Составитель Т,Горская

Техред M,Ìîðãåíòàï . Корректор О.Кравцова

Редактор Т.Шагова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 655 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5